高端電流檢測：差動放大器vs.電流檢測放大器
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在電機控制、電磁閥控制以及電源管理（如DC/DC轉(zhuǎn)換器與電池監(jiān)控）等諸多應(yīng)用中，高精度的高端電流檢測都是必需的。在這種應(yīng)用中，對高壓側(cè)電流而非回路電流進行監(jiān)控，可以提高診斷能力，如確定對地短路電流以及連續(xù)監(jiān)控回流二級管電流，避免使用取樣電阻，保持接地的完整性。圖1、圖2和圖3分別給出電磁閥控制及電機控制的典型高壓側(cè)電流取樣配置。
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/82977.htm在上述所有配置中，監(jiān)控負載電流的取樣電阻上的PWM共模電壓在從地到電源的范圍內(nèi)擺動。利用從電源級到FET的控制信號可以確定這個PWM輸入信號的周期、頻率和上升/下降時間。因此，監(jiān)控取樣電阻上電壓的差分測量電路應(yīng)具有極高共模電壓抑制與高壓處理能力，以及高增益、高精度和低失調(diào)——其目的是為了反映真實的負載電流值。
在使用單一控制FET的電磁閥控制中(見圖1)，電流始終沿同一方向流動，因此單向電流檢測器就足夠了。在電機控制配置中(見圖2與圖3)，電機相位進行分流意味著取樣電阻中的電流沿著兩個方向流動，因此，需要雙向電流檢測器。
圖1 典型電磁閥控制中的高壓側(cè)分流
許多半導體供應(yīng)商都為高壓側(cè)電流檢測提供了多種方案。研究這類應(yīng)用的設(shè)計工程師發(fā)現(xiàn)，這些方案都可以遵循兩個截然不同的高壓結(jié)構(gòu)來進行分類：電流檢測放大器和差動放大器。
圖2 典型H橋電機控制中的高壓側(cè)分流
圖3 典型三相電機控制中的高壓側(cè)分流
接下來，我們將會詳細介紹這兩種架構(gòu)的重要差異，以幫助高壓側(cè)電流檢測設(shè)計工程師選擇最適合應(yīng)用的器件。我們將比較兩個高壓器件：雙向差動放大器AD8206和雙向電流檢測放大器AD8210。這兩個器件具有相同的引腳，都具備高端電流取樣監(jiān)控功能，但其性能指標與架構(gòu)卻不同。那么，如何選擇合適的器件呢？
圖4 AD8206內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖
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AD8206(見圖4)是一款集成的高壓差動放大器,通過內(nèi)置輸入電阻網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)⑤斎腚妷合魅踔?/16.7，可承受高達65V的共模電壓，以使共模電壓保持在放大器A1的輸入電壓范圍內(nèi)。但是，其內(nèi)部的輸入電阻網(wǎng)絡(luò)也會使差分信號以同樣比例衰減。為了實現(xiàn)AD8206的20V/V增益，放大器A1與A2必須將差分信號放大約334V/V。
這個器件通過將輸出放大器偏置到電源范圍內(nèi)的適當電壓，來實現(xiàn)雙向輸入測量。電阻分壓網(wǎng)絡(luò)與放大器A2同向輸入端連接，外部低阻抗電壓施加到精密配置的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，來實現(xiàn)偏置。AD8206的一個優(yōu)異特性是：當共模電壓為-2V（相當于250mV的共模偏置電路，如圖4所示）時，它能夠正確地放大差分輸入電壓。
AD8210(圖5)是最近推出的一款高壓電流檢測放大器，功能與AD8210一樣，并且引腳兼容。但是，AD8210的工作方式與差動放大器不同,其性能指標也不同。
圖5 AD8210功能示意圖
一個明顯的區(qū)別是輸入結(jié)構(gòu)不依靠電阻分壓網(wǎng)絡(luò)來處理高共模電壓。輸入放大器包括一個采用XFCB IC制作工藝制造的高壓晶體管，由于此類晶體管的VCE擊穿電壓超過65V，因此輸入端的共模電壓可以高達65V。
電流檢測放大器如AD8210，采用如下方式放大小差分輸入電壓。輸入端通過R1和R2與差動放大器相連。利用晶體管Q1和Q2，可以調(diào)整流過R1和R2的電流，從而使放大器A1輸入端的電壓為零。當AD8210的輸入信號為0V時，R1和R2中的電流相等。當差分信號非零時，其中一個電阻的電流增加，而另外一個電阻的電流下降。電流差與輸入信號大小成比例，極性相同。流過Q1和Q2的差分電流由兩個精密調(diào)整的電阻轉(zhuǎn)換成以地為參考的差分電壓。接著，放大器A2利用低壓晶體管——由其5V(典型值)電源供電——對該電壓進行放大，實現(xiàn)最終輸出增益達到20。
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